Die reinsten Diamanten der Welt - Einsatz im Computer

      Die reinsten Diamanten der Welt - Einsatz im Computer

      Die reinsten Diamanten der Welt - Einsatz im Computer
      Panorama, 16.04.2009, Matthias Korfmann

      Stuttgart. Glaubt man der Werbung, dann gibt es nichts Anziehenderes für eine Frau als einen Diamanten. Muss wohl was mit der legendären Unvergänglichkeit zu tun haben: Die Liebe ist flüchtig, der Klunker bleibt. Hart und rein soll der Stein sein.

      Aber tatsächlich ist das, was feine Damen an den Händen oder um den Hals tragen, alles andere als lupenrein. Im Vergleich zu den Diamanten, die derzeit in einem Stuttgarter Labor entstehen, erinnert der normale Diamantschmuck eher an Schmutzbrocken.

      „Unsere sind 10 000 Mal reiner als alle bisher bekannten Diamanten”, sagt Prof. Jörg Wrachtrup, Physiker an der Universität Stuttgart. Hochreiner Diamant besteht aus Kohlenstoff. Aber meistens enthalten die Steine auch andere Elemente, am häufigsten Stickstoff, die den Diamanten einfärben können. 80 Prozent der geschürften Diamanten sind farbig. „Stickstoff macht zum Beispiel gelb, Bor macht blau”, so Wrachtrup.

      Eine Million Euro pro Karat
      Den Stuttgarter Forschern ist es nach eigenen Angaben gelungen, die Verunreinigung mit Stickstoffatomen bis auf wenige ppb (parts per billion/eins pro eine Milliarde) zu reduzieren. Da kann ein professioneller Diamantenhändler noch so angestrengt durch die Lupe gucken - an diesen Steinen ist nichts auszusetzen.

      Solch betörende Reinheit hat ihren Preis: eine Million Euro pro Karat. „Üblicherweise kostet ein Karat rund 20 000 Euro”, erklärt Wrachtrup. „Seine” Steine, die eigentlich winzige Plättchen von zwei mal zwei Millimetern sind, bringen es auf 0,01 Karat. Hergestellt wurden sie aus Methan-Plasma. Verkaufen kann man diese Labor-Preziosen übrigens nicht. Zumindest nicht an den nächstbesten Schmuckhändler an der Ecke. Für solch perfekte Diamanten gibt es wegen des immens hohen Preises gar keinen normalen Markt.

      Aber wofür sind sie dann gut? „Sie eröffnen neue Perspektiven für die Informationstechnolgie”, erklärt Wrachtrup. „Zukünftige Computer könnten mithilfe dieser Diamanten schneller rechnen und deutlich weniger Energie verbrauchen. Wir nehmen einen farblosen Stein und verunreinigen ihn mit einzelnen Atomen, Mit solchen ,atomaren Defekten” lassen sich in Rechnern Informationen übermitteln.”

      Nicht allein in Stuttgart beschäftigen sich Wissenschaftler mit dieser Diamant-Technologie. In Harvard, in der University of California und einigen anderen Hochschulen werden ähnliche Wege beschritten. Jörg Wrachtrup muss allerdings zugeben: „Wir stehen mit unseren Forschungen erst ganz am Anfang.”

      Weiter fortgeschritten sind die Bemühungen spezieller Firmen, insbesondere in den USA, die Herstellung von guten Industriediamanten ähnlich billig oder sogar billiger zu machen als das Fördern geschürfter Diamanten.

      Dahinter steht die Großindustrie
      Die Herstellung der superreinen Diamanten in Stuttgart geschieht in Zusammenarbeit mit der britischen Firma element6. Hinter dem Namen steht die Bezeichnug für Kohlenstoff und ein Tochterunternehmen des Industrie-Giganten De Beers, der den Diamanten-Weltmarkt weitgehend kontrolliert. element6 konzentriert sich - anders als der Mutterkonzern - auf die Forschung mit künstlich hergestellten Diamanten.

      Die Diamantensuche ist bis heute ein mühsames und zuweilen blutiges Geschäft. Oft müssen mehrere Tonnen Gestein bewegt werden, um ein Karat Diamant zu fördern.
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      10.000 Mal reiner als lupenrein

      10.000 Mal reiner als lupenrein - Stuttgarter Physiker minimieren Verunreinigungsgrad von Diamanten
      Ursula Zitzler, Referat für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
      Universität Stuttgart

      14.04.2009

      Edle Steine werden nach ihrer Qualität in verschiedene Klassen eingeteilt: AAA ist dabei die Klasse mit der höchsten Reinheit und am wertvollsten. Wissenschaftler des 3. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart haben nun in Zusammenarbeit mit der britischen Firma element6 Diamanten hergestellt, die 10.000-mal reiner sind als alle bisher bekannten Diamanten. Darüber berichtete jetzt die renommierte Fachzeitschrift "Nature Materials".*) "Ähnlich wie hochreines Silizium die Basis für die moderne Halbleiterindustrie darstellt, könnte dieses Material eine entscheidende Rolle für die Weiterentwicklung der Informationstechnologie spielen", sagen die Stuttgarter Physiker.

      Hochreiner Diamant besteht ausschließlich aus Kohlenstoff. In den meisten Fällen enthalten die Steine aber auch andere Elemente, am häufigsten Stickstoff, die den Diamanten einfärben können. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, den Verunreinigungsgrad mit Stickstoffatomen bis auf wenige ppb (parts per billion, eins pro eine Milliarde) zu reduzieren, etwa 10.000-mal geringer als dies bei den besten Diamanten zuvor der Fall war. In diesen extrem sauberen Steinen sind Verunreinigungen selbst mit der Lupe fast nicht mehr auszumachen. Die wenigen verbliebenen Fremdatome verhalten sich fast wie Atome im Vakuum. Bei einer solchen Reinheit wird sogar das Kohlenstoffisotop 13C selbst zu einer Verunreinigung. Bestehen natürlichen Diamanten zu 1,1 Prozent aus 13C, so enthält der Stuttgarter Diamant nur noch 0,03 Prozent 13C und der Rest besteht aus dem Isotop 12C. "Dadurch können wir feststellen, ob sich diese Atome so verhalten wie es für die Verwendung in der (Quanten-)Informationsverarbeitung notwendig ist", erklärt Institutsleiter Prof. Jörg Wrachtrup.

      In einem speziellen Verfahren stellen die Physiker Diamanten aus Methanplasma her. Die Steine wiegen 0.01 Karat, dies entspricht zwei Milligramm. Aufgrund des aufwändigen Herstellungsprozesses beträgt der Wert pro Karat etwa eine Million Euro - ein Vielfaches des Preises für einen normalen Diamant. Auch wenn dieser Preis solche Diamanten als Schmuckstein uninteressant macht, kann sich ihr Einsatz in der Wissenschaft und Technik als unabdingbar erweisen. Die damit einhergehende Massenproduktion einhergehend würde sicher zu einer Preissenkung führen.

      *) Fedor Jelezko, Jörg Wrachtrup et al.: Ultralong spin coherence time in isotopically engineered diamond, in: Nature Materials, doi 10.1038/nmat2420. http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2420.html

      Weitere Informationen bei Prof. Jörg Wrachtrup, 3. Physikalisches Institut, Tel. 0711/685-65278, e-mail: wrachtrup@physik.uni-stuttgart.de


      URL dieser Pressemitteilung: http://idw-online.de/pages/de/news309657